ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Бойченко, Владимир Сергеевич

Разработка и апробация устройства для

мониторинга статических электрических полей

для оценки качества среды обитания

Москва

Российская государственная библиотека

diss.rsl.ru

2006

Бойченко, Владимир Сергеевич

Разработка и апробация устройства для мониторинга

статических электрических полей для оценки качества среды обитания : [Электронный ресурс] : Дис. ... канд.

техн. наук : 05.26.02. ­ М.: РГБ, 2006 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки) Безопасность в чрезвычайных ситуациях (по отраслям) Полный текст:

http://diss.rsl.ru/diss/06/0130/060130016.pdf Текст воспроизводится по экземпляру, находящемуся в фонде РГБ:

Бойченко, Владимир Сергеевич Разработка и апробация устройства для мониторинга статических электрических полей для оценки качества среды обитания Москва  Российская государственная библиотека, 2006 (электронный текст)

Г0СУДАРСТВЕНИБ1Й ИАУЧИЫЙ ЦЕИТР РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ - ИИСТИТУТ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ

ИРОБЛЕМ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ИАУК

На нравах рукописи Бойченко Владимир Сергеевич

РАЗРАБОТКА И АИРОБАЦИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МОИИТОРИИГА

СТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕИКИ

КАЧЕСТВА СРЕДЫ ОБИТАПИЯ

05.26.02 безопасность в чрезвычайных ситуациях (авиационная и ракетно-космическая техника, технические науки) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: профессор, к.т.н. Тагасов В.И.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИПЕ ПОЛЯ КАК ФАКТОР

1.1 ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

В ОБИТАЕМЫХ ОБЪЕКТАХ

1.2 АНАЛИЗ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

СТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Влияние электростатических полей на организм человека Влияние статических электрических полей на микроорганизмы...ЪО Влияние постоянных электрических полей на растения

1.3. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

ГЛАВА

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СТАТР1ЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

МЕТОДОМ НЕПРЕРБШНОГО СНЯТИЯ

НАВЕДЕННОГО ПОЛЕМ ЗАРЯДА

2.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

И АНАЛИЗ ОШИБОК ИЗМЕРИТЕЛЯ

ГЛАВА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ

3.1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНОМАЛИЙ

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

3.2 ИЗМЕРЕНР1Я УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

В МАКЕТЕ КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ

3.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО

ОБСЛЕДОВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Работа посвящена изучению электрических и электростатических полей, их влияния на живые организмы, а также способов защиты от них.

Постоянная составляющая на наш взгляд играет основную роль в механизме воздействия на человека и является более опасной, нежели переменная. В работе предпринята попытка использовать результаты проведенных исследований для решения актуальных проблем в какой-либо из жизненно важных сфер человеческой жизнедеятельности.

Работа является обобщением исследований, проводимых нами на протяжении последних 10 лет. За этот период был проведен ряд теоретических изысканий и практических экспериментов, посвященных, как уже было сказано выше, воздействию электрических полей на живые организмы. В частности, мы исследовали электрические поля, их статическую составляющую, механизмы воздействия этих полей на живые организмы. Кроме того, нами были изучены источники электрических и электростатических полей, а также их проявления, способные вредно воздействовать на живые организмы, и главным образом на человека.

Также нами был проведен ряд экспериментов по воздействию постоянного электрического поля на микроорганизмы. На основе всех этих исследований был предложен способ определения аномалий электрического поля [51] и разработан прибор, непосредственно необходимый для осуществления этого способа [52, 74]. С помощью этого прибора мы на практике изучили аномалии постоянного электрического поля Земли, уровни напряженности статического электрического поля в макете космического корабля и электростатическое поле человека.

Более того, в последнее время нами были начаты работы в направлении применения результатов нащих исследований к проблеме жизнеобеспечения человека в условиях космических полетов. Мы осуществили измерения электростатического поля в макете космической станции и сделали ряд выводов, свидетельствующих о том, что проблема воздействия электрического поля на людей актуальна не только на Земле, но и в Космосе.

Таким образом, целью диссертационной работы является разработка и аиробация устройства для мониторинга статических электрических полей для опенки качества среды в обитаемых объектах Исходя из определенной цели нащих исследований, были поставлены следующие задачи:

> Анализ природы, свойств электростатических полей и законов естественных электрических полей и их аномалий;

> Разработка нового устройства для измерения статических электрических полей и определения их аномалий;

> Проведение практических исследований по изучению аномалий электростатического поля Земли;

> Осуществление измерений электростатического поля в макете космической станции;

> Проведение электростатического обследования человека.

В настоящее время медико-биологические, гигиенические и экологические аспекты проблемы электромагнитных излучений приобрели особую актуальность. Последнее связано с тем, что в народное хозяйство страны активно внедряется новая техника, работающая в самых различных диапазонах частот и режимах излучения с использованием все более высоких рабочих мощностей. Это приводит к возрастанию потенциально опасных уровней электромагнитных излучений, интенсивному росту облучаемых контингентов населения и биоэкосистем. Особого внимания заслуживают такие источники массового воздействия электромагнитных излучений на человека как телевизор и компьютеры, воздущные линии радиолокационные станции, бытовая техника, мобильная связь и пр. Кроме того, все более остро встает проблема аномалий естественного электрического поля Земли.

Для электростатического поля, также как для температуры, давления и других факторов среды обитания, существует оптимальный интервал жизнедеятельности растений, животных, людей. В свете этого становится понятным дискомфортное ощущение перед грозой, а также другие изменения функционального состояния при нахождении в аномальном поле, когда и в том и в другом случае значения напряженности выходят далеко за эти рамки.

Однако, несмотря на вышеперечисленные факты, большинство ученых не уделяют этой проблеме должного внимания. Это связано с тем, что, согласно устоявшемуся постулату, существенное влияние на протекание биохимических реакций и процессов могут оказывать поля с напряженностью не менее 1О'° В/м. Правда, не так давно, была разработана теория, подтверждающая, что на протекание биохимических процессов, способны значительно влиять и поля с напряженностью всего 10^ В/м. [54Эти выводы подтвердил и проведенный нами эксперимент на микроорганизмах. В связи с этим, напращивается вывод о том, что существующие представления о влиянии постоянных, электрических полей возможно несколько устарели, и нуждаются в некоторой доработке, с учетом появивщихся новых результатов в изучении этой проблемы.

На основе своих исследований мы сделали вывод о том, что существует, по крайней мере, еще один значимый фактор, влияющий на экологию среды обитания человека. Это постоянное электрическое поле, напряженность которого, а также направленность имеют такое же важное значение, как температура, давление атмосферы и химический состав воздуха и воды.

Краткое описание ряда теоретических и экспериментальных результатов о влиянии электрического поля Земли на жизненно важные процессы, описанные выше, заставляют обратить внимание на указанную проблему и переоценить значение ряда научных исследований, связанных с электричеством Земли, а также и Солнечной системы. Нельзя не остановиться на работах Н.В.Красногорской, где наиболее полно описаны методы измерений и проведена большая работа по исследованию электрических полей. Так, например, в [23] приведены многочисленные результаты, относяшиеся к конкретным местностям, погодным условиям и ряду других факторов. Благодаря этим исследованиям мы имеем конкретные факты, показываюшие, что градиенты потенциала электрического поля весьма резко изменяются в зависимости от места, времени суток, времени года и ряда других факторов. При этом величины этих градиентов могут изменяться в весьма широких пределах и отклоняться от средних значений на порядки и при этом менять направления. Также большой вклад в исследование атмосферного электричества внес И.М. Имянитов [20,21]. Он является одним из основоположников в этой области в России. Одним из самых известных исследователей этой проблемы за границей является Дж. А. Чалмерс [57].

Еше один и, может быть, важнейший аспект рассматриваемых проблем связан с работами А.Л.Чижевского [1,58], где показано, что человечество в целом развивается в соответствии с солнечными циклами.

электрическую активность солнца. Связующим звеном с нашим представлением о конкретном механизме влияния Солнца на циклы истории человечества является весьма важная работа Л.А.Похмельных [36], в которой автор доказывает теоретически и экспериментально, что существенной составляющей энергетики Солнца является именно его электростатическое поле, весьма существенно влияющее на все без исключения процессы на Земле.

Что касается проблемы жизнеобеспечения человека в условиях космических полетов, то она на протяжении многих лет являлась и является очень актуальной. Поэтому в этой области проводилось и проводится множество различных исследований. Однако, исследований относительно малых электрических полей в условиях космических полетов проводится не много. Это связано с тем, что существующие ПДУ по этому параметру весьма высоки. Поэтому, на настоящий момент, влияние этого параметра считается не значительным. Нащи же исследования, кроме того, что являются одними из немногих в данной области, позволяют посмотреть на эту проблему с другой стороны и пересмотреть устоявщиеся постулаты в сторону более значительного влияния электрических полей, чем это виделось ранее.

Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения (выводов и рекомендаций). Во введении определяется сущность исследований, их цель, актуальность задачи, научная новизна и практическая значимость, а также личный вклад соискателя. 1 -я глава - электростатические поля, как фактор среды обитания - краткий литературный обзор информации об электрических и электростатических полях, механизмах их воздействия на живые организмы и в том числе человека, их источниках, а также аномальных проявлениях. 2-я глава - разработка устройства измерения статических электрических полей методом непрерывного снятия заряда.

3-я глава - экспериментальная апробация - результаты проведенных исследований и их обсуждение. В заключении приводятся выводы и практические рекомендации, причем последние, в контексте данной работы связаны с учетом вредного воздействия электростатического поля, а также с возможностью его использования для обеспечения безопасной жизнедеятельности на борту космического корабля.

Обобщая все выщесказанное, необходимо подчеркнуть следующее.

воздействия на живые организмы, и в частности на человека проводится довольно много, причем основной акцент делается на изучении механизмов влияния и его эффектов. Однако, что касается вопросов защиты от них, то этому, несомненно, важному направлению, уделяется незаслуженно мало внимания. Поэтому, картина, которая сейчас вырисовывается по данному вопросу, весьма однообразна и разработана в основном в промышленных целях. Что касается индивидуальной защиты, то здесь она носит в большей степени рекомендательный характер.

особенностей, ориентировано, главным образом, на использование, как электростатического поля Земли. Кроме того, стоит отметить, что этот прибор можно использовать, а также для исследований в различных отраслях науки и как средство индивидуальной защиты населения от аномальных электростатических полей.

Бесспорно, проблема жизнеобеспечения человека вообще, и в условиях космических полетов в частности, была, остается и будет одной из самых актуальных. Поэтому, любой частный путь ее рещения будет востребован. Одним из таких путей, возможно, станет использование и электростатического поля, его свойств и особенностей, а также учет его вредного влияния.

Исходя из этого научной новизной можно считать устройство измерения статических электрических полей, а также использование жизнеобеспечения в условиях космических полетов и исследования электрического поля человека.

разработке устройства измерения статических электрических полей;

использовапип результатов проведенных эксперимеитов не только для дальнейшего исследования влияния постоянного электрического поля, по и в прикладном смысле, а также иримепительно к проблеме жизнеобеспечения в условиях космических полетов.

Положения выносимые на защиту:

1. Способ и устройство для измерения статических электрических полей методом ненрерывного снятия наведенного полем заряда;

2. Как в случае с радоновыми, так и в случае с атмосферноэлектрическими аиомалиями, наблюдается заметное измеиеиие напряженности постоянного электрического поля;

3. В макете космического корабля, вследствие большого количества различного рода аппаратуры и других условий, напряженности электростатического поля;

4. Величина напряженности статического электрического поля вблизи головы выше аналогичиого вблизи конечностей, и зависит от изменения умствеиной и физической активности человека.

Личный вклад соискателя: на нротяжении всего периода исследований (около 10 лет), автор провел ряд эксперимеитов, таких как эксперимеитальиое исследование статического электрического поля Земли, измерение уровней электростатического ноля в макете космического корабля, электростатическое обследование человека.

Кроме этого, автором, совместно с коллегами было разработано устройство измерения статнческих электрических нолей методом непрерывного снятия наведенного нолем заряда.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ КАК ФАКТОР СРЕДЫ

ОБИТАНИЯ

экологическому фактору, как электромагнитные ноля (ЭМП). Известно, что они являются одним из элементов среды обитания человека и всех живых суш;еств. Интенсификация производственной деятельности привела к резкому увеличению интенсивности ЭМП и к большому разнообразию (по форме, частотам, длительности воздействий и т.д.) их видов. Возросло число людей, которые подвергаются (или могут подвергаться) воздействию интенсивных электромагнитных полей. В связи с этим все больше ученых склоняются к тому, что электромагнитное загрязнение должно рассматриваться в одном ряду с такими факторами, как загрязнение воздушного бассейна, загрязнение водной среды и т.д.

Достоверно установлено, что организм человека воспринимает и реагирует как на воздействие электромагнитных излучений от разнообразных и многочисленных антропогенных источников, так и на изменения естественного электрического поля. По последним данным степень выраженности реакции организма может варьироваться по мере увеличения и снижения силы воздействия электромагнитных излучений, приводя, в ряде случаев, к выраженным изменениям в состоянии здоровья и генетическим последствиям.

Исследования, выполненные ведуш;ими специалистами в области радиобиологии неионизирующих излучений, как в нашей стране, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют, что электрические поля (ЭП) обладают выраженным биологическим действием. В зависимости от интенсивности ЭП, времени облучения, частоты и характера сигнала, они могут вызывать существенные изменения в состоянии практически всех систем организма человека, обратимые и достаточно стойкие.

В настоящее время, в изучении проблемы электромагнитного загрязнения среды упор делается на исследовании магнитной составляющей. Именно в этом направлении и ведётся большинство научных изысканий. Что касается электрического поля, то, несмотря на его не меньшую, и даже большую опасность для человека, оно исследуется не так интенсивно. В связи с вышесказанным, акцент данной работы был сделан именно на изучение именно электрических полей, и, в частности, их статической составляющей.

1.1. и с т о ч н и к и ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ИОЛ ЕЙ

В СРЕДЕ ОБИТАИИЯ

Классификация и источники электрических полей в среде обитания Электрические поля являются одним из элементов среды обитания человека и всех живых существ. Интенсификация производственной деятельности привела к резкому увеличению интенсивности ЭП и к большому разнообразию (по форме, частотам, длительности воздействий и т.д.) их видов.

Возросло число людей, которые в ходе своей производственной деятельности подвергаются (или могут подвергаться) воздействию интенсивных электрических полей. В связи с этим многие исследователи считают фактор воздействия ЭП на человека столь же значимым как, например, загрязнение воздушного бассейна.

Мерой их интенсивности при оценках воздействия на живые организмы является напряженность поля.

По характеру изменения поля во времени различают постоянные поля, переменные и импульсные. Под постоянными понимают поля, напряженность которых не изменяется во времени. К переменным относят поля с периодическим изменением напряженности. Наконец, импульсные поля характеризуются, в первую очередь, кратковременностью. Форма колебательной, сложной нерегулярной. Строго говоря, на практике существуют поля, не подпадающие под понятия постоянного или переменного, поскольку переменное поле обычно модулируется (по частоте или амплитуде), а постоянное поле фактически всегда слабо изменяется во времени [61, 63].

По происхождению, различают естественные (природные) электрические поля и антропогенные электрические поля.

Природные источники ЭП (естественные ЭП) По происхождению природные источники ЭП делятся на две группы:

- поле Земли: постоянное электрическое.

- радиоволны, генерируемые космическими источниками (Солнце, галактики и пр.), при некоторых процессах, происходящих в атмосфере Земли (например, разряды молнии), при возбуждении колебаний в ионосфере Земли [10].

Естественное электрическое поле Земли создается избыточным отрицательным зарядом на поверхности, его напряженность на открытой местности обычно находится в диапазоне от 100 до 500 В/м. Грозовые облака могут увеличивать напряженность этого поля до десятков, и даже сотен кВ/м.

Вторая группа природных электрических полей характеризуется наличием широкого диапазона частот. Из-за относительно низкого уровня излучения от космических радиоисточников и случайного, нерегулярного характера воздействия источников в атмосфере Земли, их суммарный эффект воздействия на биообъекты незначителен [10].

Электрическое поле Земли Между различными точками атмосферы, находящимися на разной высоте, имеется разность потенциалов, т. е. около земной поверхности существует электрическое поле. Величина изменения потенциала с высотой различна в разное время года и для разных местностей и имеет в среднем вблизи земной поверхности значение около 130 В на каждый метр. Иными словами, напряженность поля вблизи Земли равна 1,3 В/см.

По мере подъема над Землей поле это быстро ослабевает, и уже на высоте в 1 км напряженность его равна только 0,4 В/см, а на высоте в 10 /си оно становится ничтожно слабым. Знак этого измерения соответствует отрицательному заряду Земли. Таким образом, мы все время живем и работаем в заметном электрическом поле.

Опытное исследование этого поля и соответствующие расчеты показывают, что Земля в целом обладает отрицательным зарядом, средняя величина которого оценивается в полмиллиона кулон. Этот заряд поддерживается приблизительно неизменным благодаря ряду процессов в атмосфере Земли и вне ее (в мировом пространстве), которые еще далеко не полностью выяснены [12].

Естественно возникает.вопрос: если на поверхности Земли постоянно находится отрицательный заряд, то где расположены соответствующие положительные заряды? Где начинаются те силовые линии электрического поля, которые оканчиваются на земной поверхности? Нетрудно видеть, что эти положительные заряды не могут находиться где-нибудь очень далеко от Земли, например, на Луне, звездах или планетах. Если бы это было так, то поле вблизи Земли имело бы такой же вид, как поле изолированного шара. Напряженность этого поля убывала бы обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли (а не от земной поверхности). Но радиус Земли равен примерно 6400 км, и поэтому изменение расстояния от центра Земли на несколько км или несколько десятков км могло бы лищь ничтожно мало изменить напряженность поля. Опыт же показывает, как уже отмечалось выше, что напряженность электрического поля Земли очень быстро падает по мере удаления от нее. Это указывает на то, что положительный заряд, соответствующий отрицательному заряду Земли, находится где-то на не очень большой высоте над поверхностью Земли.

Действительно, на высоте нескольких десятков км над Землей обнаружен слой положительно заряженных (ионизованных) молекул - ионосфера.

Объемный положительный заряд этого «облака» зарядов компенсирует отрицательный заряд Земли. Линии земного электрического поля идут от этого слоя к поверхности Земли.

Таким образом, на поверхности Земли существует напряженность электрического поля. Эта величина - слабо переменная во времени, с эквивалентной частотой, которая составляет единицы или доли герца. В качестве характерной цифры обычно приводится "напряженность поля хорошей погоды", равная 100-200 В/м. При наличии грозовой облачности напряженность на поверхности земли может возрастать до нескольких кВ/м.

В горах, когда нижняя кромка облаков находится вблизи от поверхности Земли, отмечаются случаи коронирования выступающих металлических предметов (ледорубов), что указывает на наличие напряженности в 10-20 кВ/м.

Электрическое поле Земли относят к постоянному полю. Оно является «обязательным» элементом среды обитания, в которой человек сформировался как биологический вид. Поэтому за длительное время он адаптировался к его наличию.

Электрическое поле атмосферы Земли, его природа и аномалии Электрическая структура атмосферы — газовой оболочки Земли,тесно связана с процессами, протекающими в пространстве от уровня земной поверхности до высот в десятки земных радиусов. Изменение электрических свойств атмосферы при переходе от нижних в более высоким ее слоям обусловлено двумя основными факторами:

уменьшением с высотой плотности воздуха и размещением основного источника энергии - Солнца - вне земной атмосферы [45].

Одним из наиболее существенных эффектов действия на атмосферу солнечного излучения является ионизация составляюших ее газов. Она излучениями. Преимушественное поглощение ионизирующего излучения Солнца в верхних слоях атмосферы и понижение плотности воздуха с высотой создают значительную неоднородность в высотном ходе удельной электрической проводимости воздуха, которая приблизительно поверхности Земли, достигая величин порядка 10"^См-м"' на высоте 100 км [45]. Это различие величин проводимости позволяет рассматривать воздух у Земли как хороший изолятор, а в ионосфере и выше - как проводник.

околоземного космического пространства Земля вместе с атмосферой относительно межпланетной среды представляется нейтральной. В земной атмосфере, однако, действует глобальный процесс разделения зарядов, в результате которого атмосфера постоянно содержит избыточный положительный объемный заряд, а на земной поверхности индуцирован нейтрализующий его поверхностный отрицательный заряд. Это разделение пространстве и времени и зависит от погодных условий, орографии местности, времени года, суток и других факторов. В безоблачную погоду ЭП приблизительно вертикально и его напряженность уменьшается с высотой в среднем от 130 В/м у поверхности Земли до нескольких вольт на метр на высоте 10 км [45].

Главная особенность электрических процессов атмосферы - их двойственность - они одновременно порождают взаимосвязанные эффекты местного и глобального масштабов.

Эффекты глобального масштаба проявляются в одновременном по вариации). Известны по крайней мере четыре периода унитарных вариаций ЭП: 11-летний, годовой, 27-суточный, суточный. В годовом периоде поле принимает минимальное значение в июне, а максимальное - в январе. В суточном периоде унитарная компонента поля минимальна в утренние часы (3-8 ч) и максимальна около 19 ч всемирного времени. Средние значения напряженности поля зависят от широты: они максимальны в умеренных широтах и минимальны у экватора и в полярных областях[62].

Эффекты местного масштаба определяются метеорологическими условиями, характерными для данного района: облака, осадки, туман, метели, пыльные бури вызывают изменение напряженности поля с периодами в диапазоне от долей секунды да нескольких часов [62].

Источниками наиболее сильных полей в атмосфере являются грозовые облака, напряженность поля под которыми у земной поверхности электрических разрядов, вызывающих скачки напряженности поля у земной поверхности. Кучевые облака, в частности облака хорошей погоды, вызывают небольшие отрицательные изменения ЭП [62].

В последнее время увеличилась роль антропогенных факторов в естественного поля.

напряженности. Эти изменения могут быть как периодическими так и не периодическими. Однако, как в том, так и в другом случае, значения напряженности поля часто выходят за рамки оптимальных для человека значений, т.е. являются аномальными.

Антропогенные источники ЭП Источники постоянных электрическгр: полей.

Основные источники постоянных полей:

- электротранспорт, - промышленные процессы (гальваника, плавка, рафинирование металлов и других веш;еств, магниты систем управления в некоторых технологических процессах, передача электроэнергии, электромагниты, соленоиды различного назначения, ускорители электронов, сепараторы), - медицина (диагностическое оборудование, устройства ядерного магнитного резонанса и спектроскопии), - поля электростатических зарядов в промышленности и в быту [10].

Источники переменных электрических полей..

источники, генерирующие так называемые крайне низкие и сверхнизкие частоты до 3 кГц;

- источники генерирующие излучение в радиочастотном диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц. включая микроволны (СВЧ- излучение) в диапазоне от 300 МГц до 300 ГГц [10].

производства, передачи и распределения электроэнергии (линии электропередач (ЛЭП), трансформаторные подстанции, электростанции, система электропроводки, различные кабельные системы, домашняя и офисная электро- и электронная техника и т. д.), транспорт на электроприводе (железнодорожный транспорт и его инфраструктура, городской транспорт: метро, троллейбус, трамвай) [10].

разнообразием как по назначению, так и по режимам излучения.

Основную массу составляют так называемые функциональные передатчики - это источники ЭП в целях передачи или получения информации, излучающие ее контролируемым образом в окружающую среду. Кроме них во вторую группу входят различное технологическое оборудование, использующее СВЧ - излучение, переменные (50 Гц - МГц) и импульсные магнитные поля; медицинские терапевтические и диагностические установки (20 МГц - 3 ГГц), бытовое оборудование (СВЧ - печи), средства визуального отображения информации на электроннолучевых трубках (мониторы персональных компьютеров, телевизоры и т.п.) [10].

1 2 АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ СТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ПОЛЕЙ НА БИООБЪЕКТЫ

Влияние электростатических полей на организм человека возникла как следствие развития связи, радиолокации, телевидения, специализированных средств передачи энергии и информации, что диапазонов и расширению режимов генерации в окружающей среде.

Достоверно установлено, что организм человека воспринимает и реагирует как на изменения естественного электрического поля, так и на воздействие электромагнитных излучений от разнообразных и многочисленных антропогенных источников. По последним данным степень выраженности реакции организма может варьироваться как по мере увеличения, так и снижения силы воздействия электромагнитных излучений, в ряде случаев приводя к выраженным изменениям в состоянии здоровья и генетическим последствиям [10].

экологические аспекты проблемы электромагнитных излучений приобрели особую актуальность. Последнее связано с тем, что в народное хозяйство страны активно внедряется новая техника, работающая в самых различных диапазонах частот и режимах излучения, с использованием все более высоких рабочих мощностей. Это приводит к возрастанию потенциально опасных уровней электромагнитных излучений, интенсивному росту облучаемых контингентов населения и биоэкосистем. Особого внимания заслуживают такие источники массового воздействия электромагнитных излучений на человека как телевизор и компьютеры, воздушные линии электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения, радиолокационные станции, бытовая техника, мобильная связь и пр [10].

Разнообразны и условия воздействия электростатических полей на различные контингенты лиц: непрерывное и прерывистое, общее и местное, комбинированное от нескольких источников и совместное с другими неблагоприятными факторами среды и т.д [10].

Исследования, выполненные ведущими специалистами в области радиобиологии неионизирующих излучений, как в нащей стране, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют, что ЭП обладают выраженным биологическим действием [11, 31, 32, 38-40, 42, 44, 45, 60-62, 67-69, 70, 71, 73, 76, 79]. В зависимости от интенсивности ЭП, времени облучения, частоты и характера сигнала, они могут вызывать существенные изменения в состоянии практически всех систем организма животных и человека как обратимые, так и достаточно стойкие [10, 76].

Невозможно однозначно определить воздействие ЭП на живые организмы. Это определяется как разнообразием самих живых организмов, так и сложностью их реакций на любые воздействия, включая действие ЭП.

Несмотря на больщое количество работ, посвященных действию ЭП, в настоящее время нет возможности адекватно описать механизм воздействия, а тем более в зависимости от отдельных параметров, например, напряженности поля. Дело осложняется и тем, что для исследования воздействия ЭП используются самые разнообразные методики, сопоставить результаты которых достаточно сложно само по себе.

В связи с этим целесообразно говорить только о некоторых хорошо наблюдаемых интегральных эффектах или о достаточно ясно описываемых механизмах воздействия. При этом следует сказать, что приводимые цифры и характеристики являются сугубо усредненными.

Каково же воздействие электростатического поля на человека? Для простоты будем считать, что человек стоит в однородном внешнем поле и имеет хороший контакт с землей. Многочисленные измерения показывают, что с человека в этих условиях будет стекать ток в землю. Его значение для человека «стандартных» размеров (рост 180 см, вес 80 кг) будет около 16 мкА при напряженности поля 1 кВ/м. Этот же результат можно получить путем расчета электростатического поля. Применительно к расчету целесообразно использовать термин «расчетная модель тела человека» или просто «расчетная модель» (РМ). Внутри РМ ток увеличивается от головы к ногам. Поскольку проводимость таких важнейших органов как сердце, мозг и кровеносные сосуды больше чем у мышц и других внутренних органов, они как бы «забирают на себя»

некоторую часть тока [61, 75].

Теперь можно привести данные о воздействии постоянного электрического тока на организм человека. Путем прямых измерений, проводившихся в разных странах, установлено следуюшее. При пропускании тока по пути рука-нога, человек начинает ошушать его действие при значении тока около 1 мА. Увеличение тока до 15 мА вызывает судороги мышц руки (человек не может отпустить провод с током, отсюда название — «неотпускающий» ток), а до 150 мА приводит к фибрилляциошюго тока во время операции на открытом сердце При накладывании электрода прямо па сердце фибрилляция наступала при токах 4 0 - 3 0 0 мкА [61].

Токи порядка 50 мА при протекании в течении нескольких минут вызывают спазм дыхательных путей. Безопасным при протекании через организм человека в течении нескольких часов считается ток порядка 50 мкА при его введении через поверхность кожи руки. Учитывая сложный характер распределения тока внутри организма целесообразнее оперировать значениями плотности тока. Обобщение опытных данных показывает, что плотность тока около 0,1 мкА/см" соответствует нормальному функционированию организма. Плотность тока 1 мкА/см" вызывает реакцию мозговых тканей, а при плотности 1 0 - 5 0 мкА/см" возникает стимуляция сенсорных рецепторов нервных и мышечных клеток. Это значение плотности тока соответствует неотпускаюшему току [61].

Считается общепринятым, что длительное протекание в жизненно важных тканях (например, в сердце) тока с плотностью 1 мкА/см" сопряжено с возможными отрицательными последствиями. Отметим, что такая плотность тока примерно на порядок меньше, чем плотность тока, соответствующая нижнему пределу ощутимых токов [61, 75].

Сопоставление значений плотностей токов, вызывающих отрицательные последствия с плотностями тока, когда человек находится в электрическом поле, показывает, что воздействие поля может приводить к напряженности поля 20 кВ/м согласно расчетам плотность тока через сердце составит 1 мкА/см^ Это и объясняет опасность воздействия постоянных электрических полей [61].

Существует также мнение гигиенистов, что одним из возможных механизмов влияния статического электрического поля является повыщенная (по сравнению с нормальной) плотность тока в биологически активных точках [61].

Последствия, вызываемые воздействиями электростатических полей, могут быть весьма разнообразными. В медицине принято называть реакцию организма на воздействие статических ЭП неспецифичной. Это означает отсутствие ярко выраженных определенных последствий.

Исследования, проводившиеся в Канаде, Германии и других странах, приводят к выводу, что имеется стойкая тенденция к росту риска заболеванием раком и лейкемией у детей, проживающих вблизи высоковольтных линий электропередачи. Этим результатам придается больщое значение и они проверяются многими исследователями, в том числе и в России.

Характеризуя действия постоянного ЭП гигиенисты в первую очередь выделяют влияние на иммунную и сердечно-сосудистые системы, а также подверженность таким влияниям лиц, страдающих различными видами аллергии [61].

Не останавливаясь на рассмотрении различных причин влияния ЭП на живые организмы можно привести еще некоторые данные, которые уже стали общепризнанными.

Имеются публикации о серьезных последствиях для человека воздействия ЭП сверхнизких интенсивностей. Показано, что ранние нарущения, вызываемые ЭП, проявляются со стороны вьющей нервной деятельности и биоэлектрической активности мозга. Одной из причин, способствующих развитию неблагоприятных факторов у человека при контакте с ЭП, является дезинтеграция организации информации в системе мозга с последующими нарушениями в других функциональных системах [25,26,42,44,45,61,75,78].

Установлено, что весьма чувствительны к ЭП также эндокринная, иммунная и воспроизводительная системы человека. Периодическое воздействие ЭП может привести к стойким изменениям гормонального статуса. Имеются указания на отрицательное воздействие ЭП на генетические структуры. Наиболее чувствительными к ЭП являются эмбрионы, дети и юнощи, определенные категории больных. Особого внимания требуют оценки возможного развития у населения отдаленных последствий после длительного контакта с ЭП: развитие рака, а также болезней, связанных с деградацией нервных клеток (болезнь Паркинсона, Альцгеймера). Во многих работах указывается на «информационный»

механизм действия на человека ЭП малых интенсивностей, который, вероятно, реализуется на миллиметровых волнах. Опубликованы данные о неадекватных патологических реакциях людей на ЭМП очень малой интенсивности [35, 61].

При исследовании влияния на человека естественных возмущений атмосферного электрического поля (АЭП) (например, вызванных грозовым фронтом) обнаруживаются разнообразные нарушения психофизиологических функций человека. При этом наиболее чувствительными к действию таких электрических полей оказываются кровеносная и центральная нервная системы организма. Так на большом статистическом материале было установлено, что непериодические изменения напряженности АЭП от 150 до 2000 В/м (или до отрицательных значений) вызывают у людей заметное ухудшение функции сердечно-сосудистой системы, а также повышение артериального давления. Небольшое усиление интенсивности естественного импульсного электромагнитного поля вызывает дезорганизацию альфа-ритма мозга человека, повышение артериального давления и другие эффекты [23, 39,40].

Кроме того, известно, что атмосферное электричество, является наиболее ранним предвестником изменения погоды для живых организмов, и в том числе человека. В процессе эволюционного развития оно приобрело для них информативное (сигнальное) значение, определяюшее опережающее развитие либо физиологических (адаптационных) либо патологических, дизадаптационных (метеопатических) реакций.

Изменения основных параметров атмосферного электричества опережают смену синоптико-морфологических условий в среднем на 24опережаюший» эффект атмосферного электричества).

Установлено также, что повышение градиента потенциала с 150 до 1-2 тыс. В/м или уменьшение этого параметра до отрицательных значений с переходом знака через нуль на фоне сниженного уровня суммарной проводимости воздуха информирует организм о возможном развитии погодных условий со спастическим эффектом атмосферы, возбудимость, раздражительность, ухудшение сна). При этом отмечается некоторое повышение артериального давления, ухудшение функции сердечно-сосудистой системы, в ряде случаев может развиться гипертоническая болезнь, бронхиальная астма, желче- и мочекаменная болезнь и др. Изменения атмосферного электричества, указанного выше характера, обычно наблюдаются перед установлением гребня, отрога высокого давления, а также в дни приближения к данному пункту холодного атмосферного фронта ( в радиусе 600-400км).

условий с гипоксическим эффектом, проявляющимся в организме углублением симптомов хронической кислородной недостаточности (жалобы на общую слабость, повыщенную утомляемость, одыщку, сердцебиение, снижение артериального давления, ухудщение функций дыхания и кровообращения и т.д.). Такие изменения атмосферного электричества наиболее часто наблюдаются перед установлением циклона, при приближении теплого атмосферного фронта или фронта окклюзии по типу теплого фронта.

По данным станции скорой помощи г. Санкт-Петербурга за три года, характеризующихся аномальными значениями атмосферного электричества, было выявлено, что в годы, а также в отдельные месяцы с высокими проводимости количество вызовов станции скорой медицинской помощи, особенно по поводу инфаркта миокарда, резко возрастает [31, 32].

в тех случаях, когда формированию метеопатических эффектов атмосферы предшествовали значительные колебания атмосферного электричества, отмечались наиболее выраженные патологические реакции, особенно у метеолабильных больных.

На основе вышесказанного можно сделать вывод о том, что электрические поля оказывают весьма сушественное неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Исходя из этого, становится вполне очевидным вопрос о необходимости защиты от их вредного влияния.

Влияние статических электрических полей на микроорганизмы (Е.СоИ и Ps. aeruginosa ), воздействуют электростатическим полем с разными известными напряженностями. В результате наблюдалось изменение скорости роста бактерий в сторону уменьшения или увеличения.

электростатического поля с невысокими напряженностями и выяснение закономерностей воздействия постоянного электрического поля с разными напряженностями на микроорганизмы.

Поставленная цель достигалась тем, что на бактерии действовали с бесконтактным методом (электрический ток через среду не протекает ) [50].

Предлагаемый способ регулирования скорости роста бактерий был реализован следующим образом.

Для проведения экспериментов были выбраны:

бактерия Escherichia coli — грам-отрицательная, факультативноанаэробная палочка, постоянно присутствуюшая в кишечнике человека и широко используемая в экспериментах по молекулярной биологии. Кроме того, она является обшим индексатором загрязнения питьевой воды [24, 59];

экспериментах по молекулярной биологии бактерия [24, 59].

состояла из чашек Петри пластмассовых, лабораторных, однократного применения, диаметром 40 мм и высотой 12 мм, а также диаметром 90 мм и высотой 17 мм ( ТУ 64-2-19-79). Чашки помещались между двумя изолированными постоянное напряжение, генерируемое источником питания фирмы LHB "Riochrom", позволяющим получать постоянное напряжение от О до В с точностью не менее ±10 В [50].

конструкцию, состоящую из 2-х электродов и диэлектрика между ними.

Отдельную колонию бактерий штамма твердой питательной средой (L - агар) засевали в 2 мл L - бульона (LB) состава (г/л): бактотринтон - 10, дрожжевой экстракт - 5, NaCl — 10, и выращивали в течение ночи при температуре 37°С, покачивая до стационарной фазы роста. Отбирали высотой 12 мм., а также диаметром 90 мм. и высотой 17 мм. Чашки помещали между двумя электродами, на которые подается постоянное напряжение, генерируемое источником питания. Стабильность напряжения постоянно контролировалась [50].

Величина выбираемого напряжения определялась напряженностью Е, используемой в экспериментах. При этом Е менялось от 500 В/см до 1500 В/см.

Через 2 часа с момента воздействия электростатическим полем и далее, каждый последующий час, отбирали по 1 мл суспензии клеток для высева на твердую питательную среду L- агар состава: L - бульон 1,5% агар. На чашки Петри диаметром 90 мм и высотой 17 мм высевали по мкл разведенной культуры и выращивали бактерии в течение суток при 37°С. Подсчет бактерий в 1 мл L -бульона проводили по стандартной методике [27-30]. Ошибка эксперимента - 3% [50].

Результаты эксперимента эффект влияния внешнего электростатического поля на скорость роста живых объектов. При этом, сушественное значение имела напряженность приложенного поля: при относительно больших значениях напряженности получалось подавление роста бактерий, а при меньших - стимуляция роста.

Это означает, что открывается перспектива полного подавления роста бактерий ( а также, по-видимому, и других организмов ) при достаточно напряженностях электростатического поля при весьма малых дополнительных затратах. Последнее обусловливается тем, что затраты мошности источника напряжения минимальны: они идут только во время переходного процесса зарядки емкости устройства, электрическая цепь не замкнута и тока нет [50]. Объяснение этого эффекта на основании [48, 55] электростатического поля мала, но она значительна для активных центров, определяюших ход химических и биохимических реакций.

С одной стороны известно, что электростатическое поле больших наQ пряженностей ( порядка 10 В/см ) способно влиять на ход химических реакций и фазовых переходов, как такой внешний термодинамический параметр как температура, но с другой стороны, столь малые поля, как 10^ - 10"* В/см не должны заметно влиять на кинетические и термодинамические параметры объектов с относительной диэлектрической проницаемостью менее 100 [63]. Только недавние квантово-механические исследования механизмов химических реакций и фазовых переходов [3,22,39,41,46-50,53-56,64] показали, что небольшие поля (10^ - 10"^ В/см) могут существенно влиять на скорость и результат химических и биохимических реакций, если указанное воздействие производится непосредственно во время процесса. Экспериментально это показано для химических реакций. При этом полученные результаты имеют не только прикладное значение, но и позволяют сделать ряд важных выводов об электронной структуре живых объектов и способах воздействия на протекающие биохимические процессы.

Таким образом, результаты этого эксперимента вносят новый элемент в технологию получения биохимических препаратов, повышая эффективность получения существующих и новых лекарственных средств, позволяет разработать новый способ обеззараживания - экологически чистый и дешевый; может оказать медицине неоценимые услуги в борьбе с бактериями за здоровье людей [50].

Влияние статического электрического поля на растения Электрическое поле Земли - один из важных физических факторов, непосредственно, а на большинство - менее очевидно. Это мощный фактор, который может использоваться некоторыми видами растений, подверженными на протяжении всей своей жизни его воздействию, для их жизнедеятельности.

Какое же влияние должно оказывать нормальное атмосферное электрическое поле на растения? Все существующие растения - хорощие электрические проводники для электростатических полей. Растения искривляют обычно вертикальные линии поля, которые должны быть перпендикулярными ткани растения, чтобы избежать отбора энергии у поля. Линии поля сходятся на меристеме (образовательной ткани), и таким образом электрически заряженные питательные вещества поставляются растущим частям растения, подверженного влиянию поля. Очень хорошо известно, что растения имеют улучщенные адаптивные способности по сравнению с животными, так как это важно для их выживания, потому что они не могут «убежать» от неприятности.

В рамках исследования влияния электростатического поля на живые организмы, был проведен и ряд экспериментов по влиянию этого поля на растения. Так, самые яркие результаты получил польский ученый С.

Горголевский (S. Gorgolevsky). Он исследовал воздействие статического электрического поля на салат и кукурузу [68, 69]. Особенностью электростатическими полями с разными характеристиками. Так, сначала на салат производилось воздействие полем с напряженностью 1,6 кВ/м, полученный эффект сравнился с эффектом от воздействия поля 130В/м.

Потом, при той же напряженности (1,6 кВ/м), изменялась полярность (знак) поля. И, наконец, в после этого, изменялось направление поля (с вертикального на горизонтальное), при напряженности 3,2 кВ/м. В результате, оказалось, что при повышенной напряженности статического электрического поля у салата наблюдается стимуляция роста. При такой же напряженности поля, но с обратным знаком, у салата происходит подавление роста. А при воздействии электростатического поля горизонтального направления растение растет в сторону положительно заряженного электрода, т.е. практически параллельно поверхности Земли.

Кроме этого, также происходит стимуляция роста растения.

Таким образом, было установлено, что электрические поля - мощный фактор, который действительно влияет на темп и направление роста салата. Более сильные поля действительно увеличивают рост салата, так же как это делают гормоны роста растения. Поля с повышенной напряженностью, но измененной полярностью задерживают рост салата.

Горизонтальное сильное поле изменяет направление роста салата и способствует стимуляции роста салата относительно нормального электростатического поля (130 В/м).

В результате тщательных наблюдений за поведением различных растений, было обнаружено, что некоторые растения действительно реагируют на присутствие атмосферного электрического поля, в то время как другие растения, произрастаюшие в тех же условиях, безразличны к атмосферному электрическому полю [68, 69].

Вертикальное электрическое поле (над поверхностью Земли или Океаном) искажено присутствием проводников на поверхности Земли.

Стебли растений - как раз такие проводники. Свободно растущие растения искажают электрические полевые линии таким образом, что вертикальные линии поля сходятся на стебле растения. Это происходит так, что линии поля, прерванные растением и оканчивающиеся в его ткани всегда перпендикулярны поверхности растения. Получающаяся форма линий П Л свободно электрического поля, имеет поразительное сходство с формой многих растений [68, 69].

Известно, что растения, растущие в нижнем ярусе леса, истощены, растут медленнее обычного, и сохнут. Этот, эффект хорощо заметен в хвойных лесах, и наряду с дефицитом света, может быть связан с недостаточным воздействием электрического поля, которое перехвачивается кроной. Более низкие ветви деревьев, следовательно, лищены электрического поля и не накапливают достаточно питательных веществ, чтобы расти так же, как они бы могли расти под влиянием электрического поля [68, 69].

1.3. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Защита человека от неблагоприятного биологического действия ЭМП строится по следующим основным направлениям:

• организационные мероприятия;

• инженерно-технические мероприятия;

• лечебно-профилактические мероприятия [15].

К организационным мероприятиям по защите от действия ЭП относятся: выбор режимов работы излучающего оборудования, обеспечивающего уровень излучения, не превыщающий предельно допустимый, ограничение места и времени нахождения в зоне действия ЭП (защита расстоянием и временем), обозначение и ограждение зон с повыщенным уровнем ЭП.[65] использовании явления экранирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания человека либо на мероприятиях по офаничению эмиссионных параметров источника поля. Последнее, как правило, применяется на стадии разработки изделия, служащего источником ЭП [4].

Одним из основных способов защиты от электромагнитных полей является их экранирование в местах пребывания человека. Обычно подразумевается два типа экранирования: экранирование источников ЭП от людей и экранирование людей от источников ЭП. Защитные свойства экранов основаны на эффекте ослабления напряженности и искажения электрического поля в пространстве вблизи заземленного металлического предмета. [77] Санитарно-профилактическое обеспечение включают следуюшие мероприятия:

• организация и проведение контроля выполнения гигиенических нормативов, режимов работы персонала, обслуживаюшего источники ЭП;

. выявление профессиональных заболеваний, обусловленных неблагоприятными факторами среды;

• разработка мер по улучшению условий труда и быта персонала, по повышению устойчивости организма работаюших к воздействиям неблагоприятных факторов среды. [72]

ИЗВЕСТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ

ЭЛЕКТРР1ЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

электрического поля является конденсатор, а информацией о его напряжения между обкладками конденсатора [14].

электростатической индукции, а напряженность электрического поля измеряется путем обработки сигнала, наведенного на измерительный электрод, выполненный в виде металлической пластины [13, 28].

Наиболее близким к предложенному по технической сущности электростатический экран измерительный и экранирующий электроды, преобразователь сигнала и устройство отображения информации, В подвижного электрода, которое, в свою очередь, воздействует на измерительный электрод, связанный с входом усилителя, в результате преобразования и отображения [43].

В описанном устройстве вектор измеряемого поля направлен перпендикулярно плоскости измерительного электрода, поэтому заряд, накапливается в процессе измерений, внося погрещность, устранение которой, а также повыщение чувствительности достигается введением дополнительных электродов и заземленных экранов. Это усложняет конструкцию устройства и ограничивает его эксплуатационные возможности.

Особенности конструкции этих трех устройств обуславливают высокую погрешность измерений, проводимых с их помощью.

Устройство «Измеритель параметров электрического и магнитного полей BE - МЕТР-АТ-002» представляет из себя комплексный прибор, для измерения как электрического, так и магнитного полей. Принцип действия измерителя параметров электрического и магнитного полей состоит в преобразовании колебаний электрического и магнитного полей в колебания электрического напряжения, частотной фильтрации и усиления этих колебаний с последующим их детектированием. Прибор достаточно компактен и удобен в использовании, однако, вследствие его комплексности, характеристики измеряемых полей несколько огрублены. Так, он способен измерять электрическое поле с частотой только от 5 Гц. Погрешность измерений - около 15%. [18] электростатического заряда (ИЭЗ) МТ 401», который, главным образом, предназначен для экспрессного измерения напряженности электростатического поля текстильных материалов. Также, как и в ВЕМЕТРе, чувствительным элементом является датчик дипольного типа. В связи с этим, основной недостаток у него такой же - способность измерять электрическое поле с частотой от 5 Гц. Кроме этого, его узконаправленность на измерение электростатического поля текстильных материалов сказывается на чувствительности прибора. Пофешность измерений- 16-19%. [19] Схожая ситуация наблюдается и в случае с «Анализатором поля EFA-3». Также как и в предыдущих двух случаях, чувствительным элементом является датчик. Правда, в этом устройстве их несколько. Это прибор более похож на ВЕ-МЕТР. Он также предназначен для Измерения электромагнитных полей. Основной недостаток, как и в предыдущих 2-х случаях - завышенная частота измеряемого поля. Однако, у этого устройства есть и существенное достоинство. В отличие от всех вышеуказанных устройств, у него имеется возможность синхронизации полученных данных с компьютером. Погрещность измерений - около 14Также существует прибор — «Измеритель напряженности электростатического поля СТ-01», основным элементом блока преобразования которого, является модулятор, представляющий собой металлическую пластинку (лепесток модулятора). При вращении лепестка модулятора в однородном электростатическом поле потенциал лепестка модулятора относительно земли изменяется по синусоидальному закону с частотой, равной частоте вращения лепестка, а амплитуда этого переменного потенциала пропорциональна проекции напряженности электростатического поля на плоскость вращения. Принцип действия этого устройства, как видно близок к предложенному. Однако, существенным недостатком является завыщенный интервал измерений (03-180 кВ/м). Погрещность измерений — около 15%. [17] Устройство «Измеритель параметров электростатического поля ИПЭП - 1» предназначено для измерения потенциалов электростатически заряженных объектов, напряжённости электростатического поля и поверхностной плотности электрических зарядов. Главным недостатком является завышенный нижний порог интервала измерения (2 кВ/м). Кроме того, в связи с комплексностью (несколько измеряемых характеристик) обладает невысокой чувствительностью. [16]

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

СТАТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ МЕТОДОМ

ИЕПРЕРЫВИОГО СИЯТИЯ НАВЕДЕПИОГО ИОЛЕМ

ЗАРЯДА

Как уже говорилось выше, электрические поля оказывают весьма сушественпое неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Исходя из этого, становится вполне очевидным вопрос о необходимости заш;иты от их вредного влияния.

Исследований аномалий постоянных электрических полей и их воздействия на живые организмы, и в частности на человека проводится механизмов влияния и его эффектов. Однако, что касается вопросов зашиты от них, то этому, несомненно, важному направлению, уделяется незаслуженно мало внимания. Картина, которая сейчас вырисовывается по данному вопросу следуюшая.

Большинство рекомендаций и средств зашиты разработано с учетом индивидуальной (бытовой) зашиты, то, в связи с тем, что сушествуюшие ПДУ, значительно выше фоновых значений, к ней практически не прибегают.

Однако, как уже говорилось выше, на наш взгляд сушествуюшие ПДУ по постоянным электрическим полям завышены, а реальные их значения должны быть близки к фоновым. Правда, это пока только необходимо провести дальнейшие исследования в этой области. Поэтому, было принято решение о разработке нового устройства, измеряюшего напряженность электростатического поля. Данное устройство должно сочетать в себе требования компактности, высокой чувствительности и низкой погрешности измерений. Это обуславливается его применением в исследовательских целях, и как средства индивидуальной защиты.

Этот прибор представляет из себя чувствительное, с малой погрешностью измерения и, в то же время, компактное и удобное в эксплуатации устройство для измерения напряженности статического и квазистатического электрического поля путем непрерывного снятия наведенного полем заряда, а также обеспечивает возможность компенсации заряда, наведенного на измерительный электрод элементами конструкции самого прибора.

Техническая особенность заключается в том, что в устройстве измерительный электрод выполнен в виде пластины в форме части круга, причем ось вала электродвигателя проходит через центр круга и электрически изолирована от измерительного электрода, а экран выполнен в виде металлического кругового кольца, электрически изолирован от измерительного электрода и связан с корпусом с возможностью изменения угла наклона его плоскости относительно плоскости враш;ения измерительного электрода. Упомянутая часть круга выполнена ограниченной двумя радиусами, каждый из которых сопряжен с расположенной между ними частью окружности посредством кривых с изгибом наружу части круга, образуя, таким образом, фигуру, близкую по форме к сектору с развитой периферийной частью, являюшийся оптимальной с точки зрения чувствительности устройства.

Экран выполнен таким образом, что внутренний диаметр кругового кольца больше диаметра проходящего сквозь него вала электродвигателя. Для обеспечения точности измерений предпочтительнее экран как можно большей площади, однако, исходя из требований компактности устройства целесообразно выполнить внешний радиус кольца равным радиусу измерительного электрода. В этом случае изменением угла наклона его плоскости можно компенсировать влияние на результаты измерительный электрод. Изменение наклона можно осуществить посредством трех винтов, размещенных в экране с упором на корпус и электродом при помощи скользящего контакта, выполненного, например, в виде самоприжимающейся щетки. Щетка, как правило, изготавливается из стали, а ответная ей деталь - из подшипниковой бронзы, при этом разность потенциалов, возникающая в месте их контакта, незначительна и легко отфильтровывается в процессе обработки сигнала. К тому же при этом коэффициент трения между деталями невелик и не происходит изменения площади контакта с течением времени, что гарантирует неизменность его электрических характеристик. В плоскости вращения измерительного электрода радиально симметрично последнему установлен и соединен с ним противовес, выполненный таким образом, что его площади в плоскости вращения в несколько десятков раз меньше площади измерительного электрода. Этим гарантируется незначительность зарядов, наводимых способствует уменьшению погрешности измерений.

врашающемся измерительном электроде (далее для его обозначения пропорциональный модулю составляющей вектора напряженности поля, лежащего в плоскости вращения монополя. Заряд, наводимый на МОНОПОЛЬ, меняет знак с частотой вращения вала электродвигателя и на выходе усилителя, с входом которого через скользящий контакт связан МОНОПОЛЬ, возникает переменное напряжение V:

где |E| - модуль вектора напряженности поля;

А - коэффициент пропорциональности:

1)0 - частота вращения монополя;

Ф - начальное положение монополя, которое затем усиливается в усилителе низкой частоты, отфильтровывается, затем выпрямляется и преобразуется для дальнейшего отображения.

В отличие от известных устройств, в которых заряд, наводимый на измерительный электрод, не меняет знак, а ток имеет пульсирующий характер, в данном устройстве происходит обнуление наведенного на М Н П Л заряда к следующему циклу (то есть с частотой вращения вала электродвигателя), что обеспечивает малую погрешность измерений. Влияние на результаты измерений зарядов собственно устройства компенсируется изменением положения экрана, связанного с корпусом, но изолированного от монополя. Электрическая схема устройства построена таким образом, что оно может работать без заземления и делает его мобильным, однако не исключается использовании соответствующих источников питания.

электрод и экран с фрагментом корпуса устройства; на рис. 2 структурная электрическая схема устройства.

Рис. 1 Схема измерительного электрода и экрана с фрагментом Рис. 2 Структурная электрическая схема устройства [52] Устройство содержит корпус 1 и монополь 2, выполненный в виде пластины из проводящего материала, в частности, металла, в форме части круга, близкой к сектору с развитой периферийной частью, ограниченной двумя радиусами, каждый из которых плавно сопряжен с дугой, заключенной между радиусами, посредством кривых, изогнутых наружу. Монополь жестко установлен посредством втулки 3 на валу двигателя 4 таким образом, что вал проходит через центр влияния на последний паразитных потенциалов, наводимых от корпуса выполненный в виде металлического кругового кольца, электрически изолированного от монополя. Внутренний диаметр кольца выполнен большим диаметра проходящего сквозь него вала, а наружный радиус равным радиусу монополя. Экран связан с корпусом с возможностью вращения монополя. Для этого по окружности кольца с опорой на корпус размещены три винта 6, подпружиненные щайбами 7. Радиально противовес 8, площадь которого в упомянутой плоскости в несколько десятков раз меньше плошали монополя, что обеспечивает незначительность наводимого на нем заряда и предотвращает его влияние на скорости вращения. Монополь посредством скользящего контакта в виде электрически связан с входом усилителя тока 11, входной импеданс которого много меньше емкостного импеданса монополя на частоте его вращения ио. Усилитель тока связан с последовательно соединенными жидкокристаллического индикатора. Выбор частоты вращения монополя (35 Гц), полосы пропускания электрической схемы (33..37 Гц) и площади поверхности монополя (определяемой углом между радиусами